به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در مطالعه‌ای که اخیراً در مجله Nature Communications منتشر شده است، محققان خانواده‌ای با جهش توالی الگوی تلومر کدگذاری شده با ژرم‌لاین (TTAGGT) در تلومراز کشف کردند که منجر به یک توالی تلومر غیر متعارف در حداقل یک نسل می‌شود. مطالعات گزارش می‌دهند که توالی تلومر، TTAGGG، در تمام مهره‌داران ثابت است و با اتصال به گروهی از پروتئین‌ها به نام شلترین(Shelterin)، نقش مهمی‌در مهار پاسخ آسیب دی‌اکسی ریبونوکلئیک اسید (DNA) دارد. تغییرات در توالی تلومر باعث کاهش اتصال شلترین می‌شود،  که باعث آسیب DNA شده و برای سلول‌ها سمی است.

پیش زمینه

مشکل کوتاه شدن انتهای کروموزوم در همانندسازی، طی تکامل به واسطه‌ی آنزیم تلومراز حل می‌شود. تلومراز یک آنزیم رونویسی است که تکرارهای تلومریک را بعد از هر تقسیم به انتهای آن اضافه می کند و بدین ترتیب با مشکل انتهای همانندسازی مقابله می‌کند . تلومراز آنزیمی است که از دو زیر واحد به نامهای (TR) TERC و  hTERT(TERT) تشکیل شده است. زیر واحد TERT فعالیت آنزیمی داشته و از الگوی RNA ای که توسط زیر واحد TERC فراهم می‌شود، استفاده کرده و تکرارهای تلومریک را از روی آن سنتز می‌کند، بدین ترتیب منجر به حفظ طول و ساختار تلومری می‌شود. با توجه به اینکه زیرواحد RNA در تمام بافت‌ها بدون توجه به فعالیت تلومراز بیان می‌شود، بنابراین نمی‌تواند به عنوان عاملی برای تعیین فعالیت تلومراز در نظر گرفته شود. به طور عمومی زیر واحد TERT در سلول‌های طبیعی مهار می‌شود و در سلول‌های نامیرا افزایش می‌یابد که در نتیجه می‌توان گفت که TERT برای فعالیت آنزیم تعیین کننده است. اما در هر صورت کمبود هر یک از دو زیر واحد TERT یا TERC فعالیت تلومراز را مختل می‌کند و منجر به تلومر کوتاه می‌شود.

درباره  مطالعه

در مطالعه حاضر، محققان یک جهش هتروزیگوت جدید را در TERC یک بیمار IPF کشف کردند که توالی تلومر را کد می‌کند. این تغییر باعث شد تا بیمار بیش از چهار دهه عاری از بیماری بماند و به صورت وراثتی منتقل شود. فیبروز ریوی ایدیوپاتیک (IPF)، یک بیماری ریوی پیش‌رونده است، که بافت ریه­ را زخم می‌­کند و کارایی تنفس را کاهش می­‌دهد. این بیماری رایج‌­ترین نوع فیبروز ریوی است. IPF معمولاً با گذشت زمان بدتر می­‌شود. بافت آسیب دیده توسط بدن یا استفاده از هیچ دارویی ترمیم نمی­‌شود، بنابراین هنوز درمانی برای IPF وجود ندارد. اخیراً، محققان بیماران IPF را تجزیه و تحلیل کردند و برخی را با جهش‌های غیرمعمول در TERC و TERT کشف کردند. فردی که مورد آزمایش قرار گرفت، هتروزیگوت نوع C>A را در ناحیه الگوی TR نشان داد. سابقه پزشکی شامل سفیدی زودرس و تشخیص فیبروز ریوی ایدیوپاتیک (IPF) در سنین پایین 43 سال بود. برای تأیید فعالیت تلومراز r.50C>یک نوع ژنتیکی شامل فعالیت تلومراز در داخل بدن، محققان نتایج توالی‌یابی ژنوم کل پروباند و پروژنی آن (WGS) را برای بررسی ادغام توالی‌های مختلف در تلومرها تجزیه و تحلیل کردند. محققان با استفاده از اطلاعات WGS از سلول‌های تک هسته‌ای خون محیطی (PBMC از مرحله پرو باند) یا بزاق (از پروژنی)، درصد تکرارهای نوع وحشی و جهش یافته‌ها را در یک پرو باند، یک پروژنی و ده کنترل محاسبه کردند. آن‌ها از برنامه‌های سفارشی Perl برای شمارش تکرارهای نوع وحشی و انواع مختلف استفاده کردند. آن‌ها سپس شناسایی توالی تلومرهای مختلف را در محل با پروب‌های PNA مربوط به سه نوع توالی یا تکرارهای نوع وحشی آزمایش کردند. پروباند در این مطالعه تحت پیوند ریه و تحقیقات برای تلومرهای نوع وحشی و جهش با استفاده از هیبریداسیون درجا فلورسنت (FISH) قرار گرفته بود. محققان ساختارهای بیانی را برای تنوع توالی TTAGGT ایجاد کردند که ممکن است منجر به کاهش فرآیند افزودن تکرار (RAP) به دلیل عدم تطابق بین TR در r.C56 و انتهای 3' تلومر جهش یافته شود. آن‌ها همچنین بررسی کردند که آیا POT1-TPP1، یک تقویت کننده RAP شناخته شده، ممکن است RAP ضعیف را در تعامل با C50A بازیابی کند. محققان پویایی و اثرات معرفی یک توالی تنوع در رده‌های سلولی TERT مثبت، انتقال سلول‌ها با لنتی‌ویروس‌هایی که چندین گونه را کد می‌کنند، و تشخیص ادغام تلومر با پروب‌های پپتید نوکلئیک اسید (PNA)-FISH را بررسی کردند. آن‌ها همچنین طول تلومر پروباند مطالعه را اندازه‌گیری کردند و تأثیر تلومراز گونه‌ای را بر روی توالی انتهایی تلومر 3' تجزیه و تحلیل کردند. آن‌ها همچنین بررسی کردند که آیا POT1 ممکن است به توالی جهش یافته در شرایط آزمایشگاهی متصل شود و سرکوب با واسطه POT1 فعالیت تلومراز را مسدود کند.

نتایج مطالعه

تجزیه و تحلیل نشان داد که یک جهش در ژن تلومراز یک یا چند نسل را به همراه داشت و یکی از اعضای خانواده مشکلات پزشکی غیر قابل توجهی را با وجود تغییر تقریباً 9 درصد از تلومرها به توالی جدید گزارش کرد. الگوی جهش‌یافته، فرآیند افزودن مکرر تلومراز را مهار کرد و برهمکنش‌های POTR1 را کاهش داد. با وجود این ناهنجاری‌ها، توالی به راحتی در کروموزوم‌های سلولی ادغام می‌شود. وجود توالی‌های مختلف ممکن است بر افزودن تلومر تأثیر بگذارد. کودک پروباند نیز این تغییرات را داشت، اگرچه او هیچ مشکل پزشکی شدیدی را گزارش نکرد. محققان انتظار داشتند که جهش r.50C>A توالی ژنتیکی تلومر نوع غیر متعارف TTAGGT را به جای TTAGGG معرفی کند. تلومرهای پروباند حاوی 2.7 درصد توالی TTAGGT بودند در حالی که تلومرهای کنترل شامل 0.40درصد (6.0 برابر بیشتر در پروباند)، و آن‌هایی که مربوط به پروژنی پروبند بودند شامل 9.20 درصد توالی متغیر بودند، یک افزایش 23.0 برابری، که نشان دهنده اضافه شدن قابل توجهی از تکرار بود، یا فرآیندهای تکاملی توسط تلومراز. پروباند تکرارهای متعارف ثابتی داشت (84درصد)، اما فرزندش مقدار کمتری (78درصد) نسبت به گروه کنترل داشت. تقریباً 15 درصد از بخش تلومرها نه TTAGGT و نه توالی‌های نوع وحشی را شامل می‌شد، که با تحقیقات قبلی که ترکیب تلومر را با استفاده از داده‌های WGS مورد بررسی قرار می‌داد قابل مقایسه است. بافت‌های ریه تکثیر شده شامل توالی تلومر متغیر بود، اما ریه‌های اهداکننده کنترل چنین نبود. یافته‌های توالی یابی و هیبریداسیون درجا نشان می‌دهد که تلومراز توالی‌های باقی مانده در بافت‌های بالغ را جذب می‌کند. مدلسازی ساختاری نشان داد که جفت شدن dG:rC در سراسر این زیپ نسبت به جفت dT:rA در انرژی پایدارتر است. در سلول‌های hTERT-RPE، 36 درصد از سلول‌های C50A- و 70 درصد از سلول‌های C50/56A-transduced حداقل ده کانون تلومر جهش‌یافته، با کاهش تکرار TTAGGT پیوسته را نشان دادند. احتمال اضافه شدن فرآیندی با تغییر TR در پروباند و پروژنی‌اش به ترتیب 39 درصد و 28 درصد بود.

نتیجه گیری

این مطالعه نشان داد که تلومرها می‌توانند انحطاط قابل توجهی را تحمل کنند، به این معنی که قرار دادن یک دنباله تلومر غیر متعارف ممکن است بر پویایی طول تلومر تأثیر بگذارد. تلومراز حاوی C50A TR به دلیل عدم تطابق بین تلومر جهش یافته و TR r.56C باعث از دست دادن عملاً کل RAP می‌شود. تصحیح عدم تطابق با تولید تغییرات C50/56A RAP را افزایش داد و فعال‌سازی‌های مرتبط با POT1-TPP1 را تسهیل کرد. با این حال، هنگامی‌که بیش از حد بیان شد، TRs C50/56A تلومرها را به اندازه TR نوع وحشی طولانی کرد. توالی تلومرهای جهش یافته، مانند POT1ΔOB، ممکن است از مهار افزایش تلومراز شلترین جلوگیری کند.

پایان مطلب./